Vergelijk van de verschillende accutechnieken.

Voor velen is de accu het meest mysterieuze onderdeel van een elektrische fiets. Onderstaande informatie is dan ook geschreven naar aanleiding van de vele vragen die wij hebben ontvangen omtrent de Accu, in de hoop meer duidelijkheid te geven over een van de belangrijkste onderdelen van uw elektrische fiets…

De meest voorkomende accu’s worden hieronder even aangestipt. Er wordt nog altijd gezocht naar een accu die alles in zich verenigd en daarbij zijn de belangrijkste factoren de volgende:

1. Productie mogelijkheden 
2. Prijs 
3. Energiedichtheid per gewicht 
4. Energiedichtheid per volume 
5. Duurzaamheid 
6. Milieu

De toepassing van de accu is zeer bepalend voor wat de meest geschikte techniek is. 
Op dit moment wordt er erg veel onderzoek gedaan naar een accu techniek die de Lithium Ion Mangaan Nikkel techniek wordt genoemd, afgekort is de naam LIMA accu ontstaan. Een techniek waarbij de levensduur in theorie 8 jaar zal zijn of 2600 cycli.

De oudste en meest toegepaste techniek is de loodaccu. Ook de NiCD (nikkel cadmium) is een ieder wel bekend maar inmiddels op zijn retour vooral door de milieu technische nadelen. NiMH (nikkel metaalhydride) is ook veel gebruikt voor vele toepassingen die ook de NiCd accu kent. Sinds 1991 is de Lithium Ion techniek toegepast. In het begin nog een zeer gevaarlijke techniek om te produceren maar later uitgevoerd met kobalt en daarmee volledig veilig toepasbaar.
Hieronder een overzicht met de meest belangrijke gegevens: 

Er zijn op dit moment 4 meest voorkomende typen voor het gebruik in elektrische fietsen (waarvan de eerste eigenlijk niet meer in nieuwe fietsen wordt gebruikt.). De Nikkel Cadmium (NiCd) ,de Nikkel Metaal Hydride accu (NiMh), de Li-Ion accu en de nieuwste de LiFePo4.

NiCd accu
Deze accu zal u niet veel meer tegen komen, en zult u alleen nog in 2de hands fietsen terugvinden. De NiCd accu is geheel vervangen door de NiMh accu.
Voordelen: robuust, goede levensduur. Hoge vermogensopname geen probleem, goede energiedichtheid, Afhankelijk van gebruik tussen de 500 en 1000 opladingen voor vervanging.
Nadelen: milieuvraagstukken en daardoor steeds duurder wordend.

NiMh accu
De NiMh hebben de NiCd accu´s vervangen voor het huis / tuin en keukengebruik. Het prijsverschil in productie en aanschaf is eigenlijk geen belemmering meer om NiCd te gebruiken, de NiMh zijn in Europa op dit moment de standaard. Wereldwijd is er een verschuiving in de toepassing E-bikes naar de moderne Lithium technieken.
Voordelen: Goed beschikbaar, kunnen tegen sterk wisselende vermogensafgifte, hoge energiedichtheid.
Nadelen: Wat minder levensduur t.o.v. de NiCD en Lithium technieken.

Vanwege de zelfontlading van dit type batterij is een regelmatige lading: bij stilstand toch elke maand een keer laden, aanbevolen. Bij ingebouwde batterijen zoals bij de fietsen van Sparta, Batavus en Koga Miyata kan de fiets als u deze niet gebruikt altijd aan de lader staan. Ook laders met een druppelfunctie mogen aan de batterij aangesloten blijven totdat u de fiets weer gebruikt. Het geheugeneffect (memory effect) is voor NiMh vrijwel nihil. De zelfontlading van een NiMh accu is groter dan van een NiCd accu. U zult vaker moeten herladen ook indien de accu is opgeslagen. De gebruiksmogelijkheden van de NiMh cellen zijn beperkt van –5 graden Celsius tot ca 40 graden Celsius.

Li-ION accu
Een lithium-ion accu is een accu waar het materiaal Lithium in verwerkt zit. Dit is een verzamelnaam voor lithium batterijen en die zijn op dit moment met een opmars bezig. Dus iedere soort accu, LiPo, LiFePo4, Li-NCM (ookwel NMC, MNC ), LiCoMgO2… zijn allemaal lithium accu’s. Andersom is dat niet zo. Niet iedere Lithium-ion Accu is een Lithium Polymeer Accu. Geen geheugeneffect meer en refreshen is ook niet meer nodig. Wellicht is dit type accu bij U bekend daar deze in afgeslankte vorm gebruikt worden in MP3 spelers, mobiele telefoons, etc.
Voordelen: Licht van gewicht, relatief veel capaciteit.
Nadelen: De prijs is op dit moment nog hoog.
                       
Een lithium-Polymeer accu is iedere accu waar lithium en een polymeer materiaal in verwerkt zit. Een polymeer betekent: “een samenvoeging van andere materialen”. De meeste Lithium-Polymeer accu’s zijn LiCoO2 (Lithium + Cobalt + diOxide) of Li-MnO2 (Lithium + Mangaan + diOxide) men hoort weleens over LiFePO4 (Lithium + IJzer + Fosfor + tetraOxide) dat is ook een Lithium-Polymeer én dus ook een Lithium-ion accu.

Dus:
Litium-ion (Li-ion genoemt)
Lithium-Polymeer (LiPo genoemt) == Litium-ion
LiFePO4 (soms LFP genoemt) == Lithium-Polymeer == Litium-ion
Li-NCM == Lithium-Polymeer == Litium-ion

Wat eigenlijk véél belangrijker is is de kwaliteit van de cellen die gebruikt worden. Er zijn A-B-C-D-E-F en ungraded cellen te koop “op de markt”. Daarvan hoort de consument helemaal nooit iets.
De cellen in accu behuizingen zijn over het algemeen “18650? cellen (vorm ongeveer aan een AA batterij)
met een “nominale voltage” van 3.6V en een daadwerkelijke voltage (zie hieronder) dat varieert.
Alle accu cellen komen vanaf dezelfde productie lijn van 1 producent en hebben de naam van de producent, aan het einde worden ze zogenaamd ge-grade. A (4.2V) en B (4.0V) grading gebruiken de cel-fabrikanten voor hun eigen klanten.

C (3.8V) en D (3.6V) grading verkopen ze aan individuele accupakket bouwers waarbij ze erbij vermelden dat die niet onder de naam van die producent verkocht mogen worden (wat in de praktijk toch gewoon gebeurt)
E (3.4V) en F (3.2V) grading verkopen ze aan opkopers waarbij de naam van de producent weer niet gebruikt mag worden (die het dan weer doorverkopen aan handelaren die het weer als cellen van die producent op de markt brengen) Ungraded (3.0V of lager!) word verkocht aan partijen die ze eigenlijk moeten recyclen (maar die vaak ook de ungraded cellen gewoon weer aan opkopers verkopen… en die… je begrijpt het…).

De consument denkt vaak “als ik dat-en-dat materiaal koop, dan koop ik iets goeds”. Dat is dus niet helemaal waar:

Een Li-LiFePO4 in F-grade (10Ah x 3.2V = 320Wh, op het etiket staat dan gewoon 360Wh: 10Ah x 3.6V) is stukken slechter dan een simpele Lithium accu in A-grade (10Ah x 4.2V = 420Wh, waar óók 360Wh op het etiket staat).

In cijfers:
Stel, iemand neemt 100Watt per uur af met de accu’s in het voorgaande voorbeeld:
Bij de “nieuwe” LiFePO4 F-grade kan hij dan 3.2 uur (+/- 64 Km) fietsen en bij de “oude” Li-ion A-grade 4.2 uur (+/- 84 Km), voordat de accu leeg is. Let hier dus goed op bij aanschaf van de juiste accu.

LiFePo4 (lithiumijzerfosfaat) accu
Het grote voordeel, zoals ook bij de Li-Ion, t.o.v. NiCad en NiMH is het lagere gewicht en de grotere capaciteit van de cellen maar wel minder dan bij de Li-Ion. Doormiddel van het serieel en/of parallel schakelen is het mogelijk een accupack te maken welke geschikt is voor diverse toepassingen.

U vindt met regelmaat gegevens op de batterijen die worden toegepast zoals spanning in volts (V) en de C. Dit staat voor de capaciteit van de accu uitgedrukt in mAh. Het aantal milli ampere dat de accu in een uur kan leveren. Spanning en capaciteit geven samen het vermogen van de batterij.

Laden en ontladen van lithium cellen
Lithium cellen zijn vergeleken met NiCd en NiMH cellen veel kritischer bij het laden en ontladen. Er zijn twee zaken waar u absoluut rekening mee moet houden bij het laden en ontladen en dat is de maximale ontlaadspanning en maximale laadspanning. Het is bij deze technieken erg belangrijk dat de batterij beter wordt gecontroleerd op laadstroom, laadspanning en ontlaadstroom en ontlaad spanningen. Dit mag niet, nooit buiten de vastgestelde waarden vallen. Gebeurt dit wel dan is de kans groot dat de cellen beschadigd raken, of zelfs spontaan in brand vliegen. Om dit te realiseren op een voor u veilige manier wordt de batterij uitgerust met een BMS (batterij management systeem). Dit zorgt voor een goede en veilige prestatie van alle Lithium batterijen zonder dat u er rekening mee hoeft te houden. Let op: het BMS is afhankelijk van het type lithium cel dat wordt gebruikt. Alle lithium batterijen kunnen gevaar opleveren als u daar zelf mee gaat experimenteren! Dus voor uw veiligheid nooit doen! Het is ook noodzaak dat u de gebruiksaanwijzing van de fiets, accu en lader goed doorleest om problemen te voorkomen.

LiFePo4 staat voor Lithium-IJzer-Fosfaat en is de laatste ontwikkeling op het gebied van accu’s. Op dit moment zijn er inmiddels al diverse elektrische fietsen te koop met dit soort type accu. Eén van de grote voordelen van LiFePo4 is de langere levensduur maar de techniek heeft t.o.v. Li-Ion nog altijd een wat geringe capaciteit binnen het zelfde gewicht en volume. Het andere grote voordeel is dat dit de meest veilige lithium techniek is die op dit moment bestaat.

U kunt op de elektrische fiets de batterij dus zonder problemen ‘leeg rijden’ zonder bang te zijn voor structurele schade aan de accu. Daarnaast is de accu ook weer snel op te laden.

Door al deze voordelen zal de LiFePo4-accu vermoedelijk binnen enkele jaren standaard op de elektrische fiets te vinden zijn en naast de fiets ook op vele andere vormen van elektrisch vervoer. Het enige nadeel is de prijs van de accu op dit moment.


De voor- en de nadelen van de accu’s op een rij

1 – Nikkel Metaal Hydride accu (NiMh)
Voordelen: Redelijk energie dichtheid en bestand tegen sterk wisselende vermogensafgifte.
Nadelen: Wat kortere levensduur en kan slecht tegen temperatuur schommelingen.

2 - Li-Ion accu
Voordelen: Hoge capaciteit.
Nadelen: In vergelijking met de LiFePo4 een iets kortere levensduur en vrij prijzig in aanschaf.

3 - LiFePo4 accu
Voordelen: Hoog vermogen per gewicht en snel op te laden.
Nadelen: De accu is in aanschaf behoorlijk prijzig.

Hoe vergelijk ik de verschillende capaciteiten?
Dit onderdeel zorgt voor veel verwarring. De capaciteit van de accu wordt gemeten in ampère uren (Ah). Dit is de energieafgifte van de accu over een bepaalde periode. Helaas worden door de verschillende technologieën, verschillende tijdsperiodes gebruikt om dit weer te geven. Daardoor is een goed vergelijk altijd moeilijk.
Het vermogen van de batterij wordt bepaalt door de spanning en de capaciteit. Bijvoorbeeld een 36 volt 11Ah en een 24 volt 11Ah, hierbij is de eerste bijna 400watt en de tweede ruim 260 watt.
Dit bepaalt samen met de fiets hoever u kunt komen maar de actieradius wordt door veel meer bepaald en u moet dan denken aan: in hoeverre en hoeveel kracht heeft u om zelf mee te fietsen, de conditie en kwaliteit van de fiets, hoe hard zijn de banden want rolweerstand is een belangrijk gegeven, tegenwind of wind mee maar ook de top snelheid en het accelaratie vermogen van de fiets. Hierbij gedraagt de batterij zich eigenlijk net als de mens als het voor u zwaar fietsen is met een fiets zonder batterij dan is het voor de fiets met een batterij zwaar voor de batterij. Er zal dan ook weer meer en vaker energie in moeten dus net als bij u: even bijkomen en nieuwe energie op zijn tijd kan geen kwaad!
Hoe krijg ik maximaal rendement van de accu? Het bovenstaande wordt bepaald bij ontwerp van de elektrische fiets. Toch onderstaand wat informatie die kan helpen om de prestatie te verbeteren.
Volg in alle gevallen altijd de gebruiksaanwijzing bij uw fiets. En lees de tips voor de batterij. Daarnaast kunt u onderstaand tips opvolgen, welke de levensduur van de accu ten goede komen:

• Loodaccu´s gaan zeer snel kapot indien zij ongeladen worden weggezet. Het verdient dus aanbeveling na gebruik de accu direct op te laden. Dit moet dan wel een redelijk gebruik zijn waarmee bedoeld wordt dat u niet na 5-15 minuten fietsen met een goede batterij de batterij weer gaat laden. Ook het regelmatig bijladen van een niet gebruikte batterij is verstandig. (min. 1 x per maand). Tot slot kunt u deze batterij beter half leeg rijden dan helemaal want het leeg rijden verkort de levensduur.
• NiCd accu´s kunnen beter tegen een stootje. Ze hebben vaak last van het zgn. memory effect. Dit kan worden verholpen door de accu enkele keren te ontladen en vervolgens opnieuw op te laden. In enkele gevallen worden NiCd accu zonder memory effect gebruikt. De accu nooit diep ontladen! En ook hierbij de batterijn minimaal eens in de maand laden of als u ermee fiets natuurlijk zo vaak  als nodig. Als de lader een refresh functie heeft kunt u die gebruiken ongeveer eens per 15 ladingen.
• NiMh accu’s hebben minder last van het zgn. memory effect. Toch kan het geen kwaad de accu periodiek leeg te rijden, zodat het maximale rendement na opladen weer gehaald kan worden.
• Nooit de batterij diep ontladen met een lampje of iets dergelijks.
• Een goede bijpassende lader gebruiken.
• Bij stilstand perioden de batterij uit de fiets nemen, op een koele droge plaats opslaan en eens per maand laden.
• Laders met een druppelfunctie zijn goed ook als de batterij op de fiets blijft maar de lader wel aangesloten laten zodat de batterij vol en in een optimale conditie blijft.
• Voor alle Lithium batterijen: de batterijen niet direct na het laden weer van de lader halen. Het BMS (batterij management systeem) gaat als de batterij vrijwel geheel geladen is nog een balans lading uitvoeren en die is ter verbetering van de prestatie: vermogen maar met name levensduur. Dus laat de lader gerust tot de volgende morgen of zelfs een weekend aan de lader.
• Na een redelijke rit kunt u alle technieken weer laden zodat de batterij geladen is voor het volgende gebruik. Ook bij stilstand periodes altijd vooraf de batterij laden.